機(jī)械類專業(yè)研究生專業(yè)主干課程教學(xué)方法與實(shí)踐

何寬芳，胡忠舉，楊書儀，尹喜云

(湖南科技大學(xué)a.機(jī)械設(shè)備健康維護(hù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;b.機(jī)電工程學(xué)院，湖南湘潭411201)

在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，伴隨著機(jī)械生產(chǎn)實(shí)際的需要和先進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn)，必須促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法的改革和發(fā)展，用科學(xué)的設(shè)計(jì)方法代替經(jīng)驗(yàn)的、類比的設(shè)計(jì)方法已勢(shì)在必行。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)已發(fā)展成為一門新興的綜合性、交叉性學(xué)科-現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法，主要面向機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)?？s短設(shè)計(jì)周期、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、發(fā)展設(shè)計(jì)理論、改進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)及方法已成為當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)的必然趨勢(shì)。故機(jī)械類專業(yè)的研究生學(xué)習(xí)中均開設(shè)了相關(guān)課程。作者以“現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法”教學(xué)為例，圍繞機(jī)械類專業(yè)研究生專業(yè)課程的教學(xué)談幾點(diǎn)教學(xué)思考。

現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法課程內(nèi)容涉及的知識(shí)面較廣，除了包含機(jī)械類專業(yè)原有知識(shí)的提煉，還涉及到很多新的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，主要包括以下幾方面內(nèi)容:優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、有限元、虛擬設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等［1］。同時(shí)，研究生來源于各個(gè)層次學(xué)校，其本科專業(yè)課程所設(shè)不一致、每個(gè)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)成績(jī)也存在差異，而且進(jìn)入研究生學(xué)習(xí)階段，每個(gè)學(xué)生對(duì)應(yīng)導(dǎo)師的研究課題在方向上不一致。因此，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，如何把握教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)、提升課程教學(xué)效率、提高學(xué)生主動(dòng)性和興趣，為后續(xù)科研課題開展打好基礎(chǔ)。是這門課程不斷建設(shè)、提升需要考慮的環(huán)節(jié)。本文針對(duì)研究生課程現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的教學(xué)，圍繞教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)條件與平臺(tái)和教學(xué)評(píng)價(jià)四個(gè)主要環(huán)節(jié)進(jìn)行了探討。

一 覆蓋面廣、重點(diǎn)突出的教學(xué)內(nèi)容

對(duì)于機(jī)械類研究生主干課的授課內(nèi)容的選擇，不要僅局限于教材內(nèi)容，同時(shí)應(yīng)該考慮如下幾個(gè)方面的因素［2］。

(1)研究生生源不一致，來源于不同學(xué)科和不同學(xué)校，由于其本科專業(yè)課程所設(shè)不一致、每個(gè)學(xué)生在這么課程前期所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)成績(jī)也存在差異。

(2)進(jìn)入研究生學(xué)習(xí)階段，每個(gè)學(xué)生對(duì)應(yīng)導(dǎo)師的研究課題在方向上不一致。如湖南科技大學(xué)經(jīng)過多年建設(shè)與發(fā)展，湖南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院已形成機(jī)械設(shè)計(jì)及理論湖南省重點(diǎn)學(xué)科，本學(xué)科面向礦山開采和工程建設(shè)裝備需求，立足湖南裝備制造業(yè)，緊密結(jié)合湖南礦山機(jī)械、工程機(jī)械、新能源裝備產(chǎn)業(yè)集群，該學(xué)科研究生導(dǎo)師圍繞在現(xiàn)代礦山裝備設(shè)計(jì)與制造、機(jī)械設(shè)備健康維護(hù)、機(jī)電系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與控制、制造過程監(jiān)控與制造業(yè)信息化等方面進(jìn)行科研工作，研究?jī)?nèi)容所涉及的知識(shí)面包括機(jī)械設(shè)計(jì)、制造、自動(dòng)化控制等。課程內(nèi)容應(yīng)選擇知識(shí)面廣，覆蓋各個(gè)方向的專業(yè)知識(shí)。

(3)研究生應(yīng)該注重在創(chuàng)新、自我學(xué)習(xí)能力、理論轉(zhuǎn)為實(shí)踐能力方面的培養(yǎng)，課程學(xué)習(xí)應(yīng)該由過去知識(shí)傳授型向研究創(chuàng)新型轉(zhuǎn)變，課程設(shè)置與教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)必須為創(chuàng)新、主動(dòng)學(xué)習(xí)和實(shí)踐能力奠定知識(shí)基礎(chǔ)。

機(jī)械設(shè)計(jì)方法的發(fā)展經(jīng)歷了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)到現(xiàn)代設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變，體現(xiàn)了各學(xué)科先進(jìn)理論與方法在該領(lǐng)域應(yīng)用和創(chuàng)新，形成的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法種類繁多，內(nèi)容十分廣泛。張鄂編寫的《現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法》較全面系統(tǒng)地介紹了現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法，內(nèi)容包括:優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、有限無法、工業(yè)造型設(shè)計(jì)、反求工程設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)與創(chuàng)造性設(shè)計(jì)和摩擦學(xué)設(shè)計(jì)等，該書既有現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法體系較廣的覆蓋面，又能加強(qiáng)重點(diǎn)。選擇該書作為研究生專業(yè)基礎(chǔ)課程，通過的合理課程建設(shè)和科學(xué)的教學(xué)，能使學(xué)生在有限的課時(shí)內(nèi)，既能對(duì)本門新興學(xué)科有較全面的了解，又能對(duì)其中重要的設(shè)計(jì)方法有較深入了解與應(yīng)用，以提高他們的創(chuàng)新設(shè)計(jì)技能［1］。

根據(jù)研究生的課程實(shí)際學(xué)習(xí)情況，在教學(xué)內(nèi)容選擇時(shí)，應(yīng)該地把《現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法》課程教材中包含的靜態(tài)學(xué)習(xí)內(nèi)容，利用多種途徑轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)知識(shí)。授課內(nèi)容選擇中要注意以下幾點(diǎn):

(1)確保教材內(nèi)容中重點(diǎn)突出，在教學(xué)手段上、教學(xué)時(shí)間上予以充分的保證。如在講授該課程內(nèi)容優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)章節(jié)時(shí)，應(yīng)保證有充分的教學(xué)時(shí)間，從不同的角度、不同的方式對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行多方位的敘述、分析、練習(xí)等。

(2)對(duì)于重點(diǎn)內(nèi)容，除了課堂講授外，還應(yīng)該利用輔助軟件和工具如MATLAB、ANSYS等，在作業(yè)環(huán)節(jié)、實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)中設(shè)計(jì)相應(yīng)的題目給學(xué)生完成，進(jìn)一步掌握熟悉理論基礎(chǔ)以及能夠?qū)λ鶎W(xué)知識(shí)進(jìn)行靈活應(yīng)用。

(3)設(shè)置課程基礎(chǔ)預(yù)習(xí)、重點(diǎn)講解、課后練習(xí)和復(fù)習(xí)等環(huán)節(jié)，在空間和時(shí)間上給予不同層次的學(xué)生能夠充分掌握課程內(nèi)容和重要知識(shí)點(diǎn)。

二 高效的創(chuàng)新型教學(xué)方式

課堂教學(xué)是教學(xué)過程中的核心環(huán)節(jié)，如何在教學(xué)過程中生動(dòng)而富有吸引力地把教學(xué)內(nèi)容完美地教授給學(xué)生，筆者認(rèn)為可以從以下幾個(gè)方面來進(jìn)行:

(1)充分保證重點(diǎn)內(nèi)容講授的時(shí)間，在教學(xué)過程中，要圍繞重點(diǎn)，投入較多的時(shí)間和精力，講深，講透。而對(duì)于那些不要重要的，學(xué)生一看就懂的內(nèi)容，可以讓學(xué)生自己去學(xué)，去復(fù)習(xí)。對(duì)重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容，借助多媒體技術(shù)加強(qiáng)教學(xué)效果，從多種角度去加以討論、辨析、研究，在時(shí)間上給予足夠的保證。

(2)教師在進(jìn)行知識(shí)傳授、和學(xué)生討論交流過程時(shí)，要求用詞準(zhǔn)確、形象、生動(dòng)、深入簡(jiǎn)出，同時(shí)要求啟發(fā)學(xué)生如何將新的知識(shí)點(diǎn)切入到自身課題的研究中。

(3)課程內(nèi)容講解過程注重師生互動(dòng)，雙向交流，針對(duì)講授知識(shí)點(diǎn)開設(shè)專題討論課，發(fā)揮學(xué)生的主體作用，學(xué)生事先做好準(zhǔn)備，結(jié)合自己的研究方向或興趣，提出自己對(duì)所講知識(shí)點(diǎn)的見解。討論時(shí)，主張思想活躍，踴躍發(fā)表自己的意見，由老師和學(xué)生對(duì)現(xiàn)場(chǎng)討論進(jìn)行記錄，總結(jié)發(fā)言。為學(xué)生提供了探索問題的空間，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

(4)加強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)與應(yīng)用能力的培養(yǎng)，如在優(yōu)化設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)章節(jié)，側(cè)重應(yīng)用可靠性理論與方法和優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的思想與方法來解決一個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)際工程問題。

同時(shí)，積極整合優(yōu)秀科研成果和教改成果，充分利用學(xué)科建設(shè)的科研、實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)，來用“以實(shí)際設(shè)計(jì)案例和實(shí)驗(yàn)為主線的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法課程教學(xué)模式”進(jìn)行教學(xué)。跟蹤國(guó)際先進(jìn)設(shè)計(jì)理念與方法，建立以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的基于探索和研究的教學(xué)模式，并根據(jù)“如何解決一個(gè)設(shè)計(jì)問題?”來進(jìn)行現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法課程教學(xué)規(guī)劃和組織教學(xué)活動(dòng)。

三 強(qiáng)有力的教學(xué)條件與平臺(tái)

(1)建設(shè)一支高水平的教師隊(duì)伍。擁有一支高水平的教師隊(duì)伍是保證課程教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)。在教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)方面，采用主講教授負(fù)責(zé)、青年教師參與、實(shí)驗(yàn)教師配合、研究生輔導(dǎo)的方式，形成一支專業(yè)結(jié)構(gòu)合理，理論水平較高，實(shí)踐能力較強(qiáng)，職稱、學(xué)歷、年齡結(jié)構(gòu)較為理想穩(wěn)定的教學(xué)團(tuán)隊(duì)。促進(jìn)教師與專業(yè)實(shí)踐的結(jié)合，使教師教學(xué)水平和能力全面提升。同時(shí)，根據(jù)研究生研究方向特點(diǎn)，大力開展產(chǎn)學(xué)研合作人才培養(yǎng)，積極引入本地區(qū)知名企業(yè)高級(jí)專家，開展講學(xué)、交流活動(dòng)，并適當(dāng)聘請(qǐng)企業(yè)技術(shù)人員為該課程長(zhǎng)期實(shí)踐授課教師。

(2)建設(shè)寬口徑立體教材及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)。根據(jù)研究生人才培養(yǎng)計(jì)劃，該課程作為機(jī)械類研究生必修課，面向機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械電子及制造及自動(dòng)化等方向的研究生，提出一個(gè)適合寬口徑教學(xué)需要的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法課程教學(xué)內(nèi)容和體系結(jié)構(gòu)，為學(xué)生將要從事現(xiàn)代礦山裝備設(shè)計(jì)與制造、機(jī)械設(shè)備健康維護(hù)、機(jī)電系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與控制、制造過程監(jiān)控與制造業(yè)信息化等方面的學(xué)習(xí)和科研工作打下基礎(chǔ)。根據(jù)教學(xué)需要準(zhǔn)備相關(guān)配套的教案、案例庫(kù)、參考文獻(xiàn)、國(guó)內(nèi)外學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)資源及媒體資源等，為研究生提供自主學(xué)習(xí)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享。

(3)創(chuàng)建高水平現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)與計(jì)算分析教學(xué)輔助平臺(tái)。利用機(jī)械工程學(xué)科現(xiàn)有的工程分析與計(jì)算軟硬件系統(tǒng)，如美國(guó)惠普公司圖形工作站HP Z800、美國(guó)ANSYS公司仿真分析軟件系統(tǒng)ANSYS 2013、美國(guó)MSC軟件公司多體機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS 2012、美國(guó)Altair公司有限元分析系統(tǒng)網(wǎng)格劃分軟件Hypermesh 10.0、美國(guó)Eigen Technologies，Inc.面向工程的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)及軸承分析軟件DyRoBeS 14.20、英國(guó)Isograph公司可靠性設(shè)計(jì)分析系列軟件Isograph 2010、美國(guó)DCS公司3DCS尺寸公差控制系統(tǒng)軟件和美國(guó)Third Wave System公司TWS-金屬切削仿真軟件等。通過資源整合、合理規(guī)劃，以課程教學(xué)改革帶動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，以搭建機(jī)械設(shè)計(jì)與計(jì)算分析實(shí)驗(yàn)室為基礎(chǔ)，建設(shè)以可設(shè)計(jì)、可計(jì)算、可分析的高水平現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)與計(jì)算分析實(shí)驗(yàn)室，增加綜合性、創(chuàng)新性、研究性實(shí)驗(yàn)開出能力。

四 科學(xué)合理的教學(xué)評(píng)估指標(biāo)體系

課程教學(xué)評(píng)估內(nèi)涵具有雙重性，即一方面考核學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)所達(dá)到的學(xué)習(xí)效果，主要是教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行考評(píng)，包括定期、不定期考評(píng)，一般是依據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中完成的大型作業(yè)和學(xué)習(xí)后所提交的課程論文來判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī);另一方面主要對(duì)授課老師或團(tuán)隊(duì)的教學(xué)進(jìn)行監(jiān)督和評(píng)估，通過教師、學(xué)生或有關(guān)專家組成的教學(xué)督導(dǎo)組，對(duì)課堂教學(xué)、備課、考試、作業(yè)等環(huán)節(jié)進(jìn)行評(píng)價(jià)，為教師提供教學(xué)效果方面的反饋信息，促進(jìn)研究生專業(yè)課程的教學(xué)不斷完善，以實(shí)現(xiàn)研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)目的。課堂教學(xué)評(píng)價(jià)需要師生共同參與才能連續(xù)不斷地保障學(xué)生的學(xué)習(xí)［3］。

在對(duì)教學(xué)評(píng)估過程，不管是對(duì)學(xué)生的考評(píng)還是對(duì)老師教學(xué)效果的考核，都需要雙方的反饋信息，因此，如何制定科學(xué)合理的教學(xué)評(píng)估指標(biāo)體系是實(shí)現(xiàn)專業(yè)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)定的關(guān)鍵，直接影響到學(xué)校的研究生教學(xué)的管理水平和效率。在現(xiàn)有的評(píng)估指標(biāo)的基礎(chǔ)上，對(duì)評(píng)估指標(biāo)體系進(jìn)行修改與完善，聽取同學(xué)和教師的意見，改革學(xué)生考試方法，加大工程實(shí)踐技能和表達(dá)能力、組織能力、合作能力等綜合素質(zhì)在學(xué)習(xí)成績(jī)?cè)u(píng)定中的比重等，加入到影響研究生專業(yè)課堂教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵因素，以該課程參與主體教師和學(xué)生為參評(píng)對(duì)象，初步制定了課堂教學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。該體系由一級(jí)指標(biāo)百分制和多個(gè)二級(jí)指標(biāo)組成，一級(jí)指標(biāo)分?jǐn)偟绞谡n老師和學(xué)生各個(gè)二級(jí)指標(biāo)，二級(jí)指標(biāo)考核內(nèi)容主要由授課老師和學(xué)生在教學(xué)、學(xué)習(xí)過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)所組成如教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方式、實(shí)踐技能、學(xué)習(xí)成績(jī)等，實(shí)際考核過程中，根據(jù)班級(jí)學(xué)生和授課老師的評(píng)分加權(quán)計(jì)算分值，計(jì)算所得的分值作為評(píng)價(jià)課程教學(xué)效果的定量指標(biāo)。科學(xué)合理的課堂教學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)不斷進(jìn)行實(shí)證檢驗(yàn)，對(duì)其科學(xué)性、公正性、有效性進(jìn)行分析和研究，不斷修訂完善［4，5］。

五 結(jié)語

現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法是一門新興的綜合性、交叉性學(xué)科，是機(jī)械專業(yè)方向的一門重要的專業(yè)課程，旨在從總體的角度系統(tǒng)地向?qū)W生講授現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的基本思想和方法，2004年作為湖南科技大學(xué)專業(yè)主干課程開始面向機(jī)械類研究生開設(shè)、授課。該課程開設(shè)至今，不斷更新教學(xué)理念、方法和手段，教學(xué)效果良好，受到師生好評(píng)。作者根據(jù)自身的教學(xué)體會(huì)，在這門課教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)條件與平臺(tái)和教學(xué)評(píng)價(jià)四個(gè)方面進(jìn)行了總結(jié)。與此同時(shí)，課程教學(xué)的建設(shè)與發(fā)展應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，跟蹤國(guó)際和同行的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念與方法教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，不斷推進(jìn)研究生課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新，形成能夠反映學(xué)科前沿、適應(yīng)學(xué)科發(fā)展的研究生優(yōu)質(zhì)課程，全面提升研究生教育質(zhì)量與水平。

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